【试剂耗材笔记】细胞转染试剂 - 常见的细胞转染试剂

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细胞转染是外源基因进入真核细胞的一种重要方法。这些外源DNA或RNA通过转染试剂的包装辅助才能顺利进入细胞，发挥相应的作用，进而研究其细胞功能及相应的影响。广泛应用于基因功能研究、调控基因表达、癌症、疾病模型相关研究和重组蛋白研究等生物学试验。

接下来我们将通过八节的内容，向大家介绍细胞转染试剂。以下是内容提纲，欢迎大家关注：

一、绪论

• 研究背景和意义
• 细胞转染的基本概念和原理

二、常见的细胞转染试剂

• 离子类试剂：钙磷法、肌动蛋白类试剂等
• 聚合物类试剂：聚乙烯醇、聚合脂质体等
• 蛋白质类试剂：聚赖氨酸、聚精氨酸等
• 脂质类试剂：伯胺脂质、双链脂质等

三、试剂选择和优化策略

• 不同细胞类型的适用试剂
• 试剂浓度和比例的调节
• 试剂与转染效率的关系
• 试剂对细胞生存和功能的影响

四、细胞转染试剂的作用机制

• 细胞膜穿透机制
• 核酸释放机制
• 转染效率影响的因素

五、细胞转染试剂的应用领域

• 基因功能研究
• 基因治疗与基因工程
• 药物筛选与疾病研究

六、新兴细胞转染试剂的研究进展

• 基于纳米技术的载体
• 基于化学修饰的载体
• 基于改良蛋白质的载体

七、细胞转染试剂的商业发展和市场前景

八、细胞转染试剂的优劣比较和选择指南

今天我们介绍一下：常见的细胞转染试剂

概述

细胞转染是将外源DNA、RNA或蛋白质引入到细胞内的过程，常用于基因编辑、基因表达研究和基因治疗。以下是常见的细胞转染试剂和方法的概述：

常见的细胞转染试剂包括：

1. 唾液酸钙 (Calcium phosphate)：在传统的转染方法中使用，适用于哺乳动物细胞。
2. 脂质体 (Liposome)：由脂质构成的微小囊泡，可与DNA/RNA复合体结合，适用于转染多种细胞类型。
3. 聚合物转染试剂：如聚乙烯醇 (Polyethyleneimine, PEI)、聚溶菌酶 (Polybrene)等。
4. 血红素素颗粒(Hemagglutinating virus of Japan envelope, HVJ-E)：可以帮助病毒转染。
5. 病毒载体：如腺病毒 (Adenovirus)、腺相关病毒 (Adeno-associated virus, AAV)、冠状病毒等，用于高效转染。

常见的细胞转染方法包括：

1. 暴露法 (Naked DNA transfection)：直接将外源DNA溶液或复合体加入细胞培养基中，细胞通过吞噬作用摄取外源DNA。
2. 钙磷共沉淀法 (Calcium phosphate co-precipitation)：将DNA与钙磷盐混合，形成复合物沉淀，然后与细胞共同培养，使细胞吞噬DNA。
3. 电穿孔法 (Electroporation)：利用高电压脉冲破坏细胞膜，在短暂的时间内形成孔，使DNA得以进入细胞。
4. 缓冲静电脉冲法 (Buffer-mediated electroporation)：将细胞悬浮于含有DNA的缓冲液中，并施加电脉冲，使DNA进入细胞。
5. 脂质体转染法 (Lipofection)：将DNA/RNA与合适的脂质体结合形成复合体，脂质体能够和细胞膜发生相互作用，使复合体进入细胞。
6. 病毒介导转染 (Viral-mediated transduction)：利用病毒载体将外源DNA传递到目标细胞内，常见的病毒载体包括腺病毒、AAV等。

根据研究需求和细胞类型的不同，选择合适的转染试剂和方法非常重要，以保证高效、有效地实现细胞转染。

离子类转染试剂

离子类细胞转染试剂包括钙磷法和肌动蛋白类试剂。这些试剂能够帮助外源DNA进入细胞内。

1. 钙磷法（Calcium phosphate transfection method）：钙磷法是一种传统的细胞转染方法，适用于哺乳动物细胞。该方法基于钙离子与DNA结合生成复合物的原理。首先，将外源DNA与钙盐混合，产生钙磷结晶沉淀。然后，将钙磷沉淀与目标细胞一同处理，通常是直接加入到细胞培养基中。转染过程中，细胞通过吞噬作用摄取了外源DNA。该方法简单易行，价格低廉，但转染效率较低，对细胞的毒性较大。
2. 肌动蛋白类试剂（Actin-based reagents）：肌动蛋白类试剂是一类利用细胞内辅助因子肌动蛋白进行细胞转染的试剂。目前，主要有两种肌动蛋白类试剂被广泛应用：
• 介导转染肌动蛋白类试剂（Mediated Transfection Actin-based Reagents）：这类试剂将DNA与肌动蛋白相结合，形成复合体，通过肌动蛋白介导，使DNA进入细胞。其中，有一种常用的介导转染肌动蛋白类试剂是聚乙烯醇肌动蛋白（Polyethyleneimine-Actin, PEI-Actin）。聚乙烯醇肌动蛋白复合体与细胞膜发生相互作用，启动肌动蛋白点的聚合，促进DNA融入细胞。
• 直接转染肌动蛋白类试剂（Direct Transfection Actin-based Reagents）：这类试剂是将肌动蛋白与DNA结合形成复合体，并通过肌动蛋白内源结构的特点，使DNA进入细胞。这些肌利用细胞萎缩遗传性变体细胞生成的肌动蛋白，如生物素化微柱肌动蛋白（Biotinylated Microcolumn Actin, BMCA）。BMCA与DNA形成复合体，通过与细胞膜上生物素结合的受体相互作用，展开了DNA的内吸。

离子类细胞转染试剂一般与其他试剂（如缓冲液）一同使用，以提高转染效率和细胞的存活率。在选择试剂和方法时，需要根据细胞类型、外源DNA的特性和研究需求综合考虑。

聚合物类转染试剂

聚合物类细胞转染试剂包括聚乙烯醇（Polyethyleneimine, PEI）和聚合脂质体（Polymeric Liposomes）。这些聚合物类试剂通过与DNA/RNA形成复合体，进一步促进复合体的转染进入细胞。

1. 聚乙烯醇（Polyethyleneimine, PEI）：PEI是一种阳离子性高分子聚合物，被广泛用于细胞转染。PEI可与DNA/RNA负电荷结合形成复合物，并介导复合物与细胞膜之间的相互作用，促进DNA的转染进入细胞。PEI常用于无血清培养基中，使得细胞在转染过程中细胞存活率较高。PEI可在细胞膜上形成的可稳定遗传信息复合物，通过内吸近缘的方式，将DNA递送到胞质中。
2. 聚合脂质体（Polymeric Liposomes）：聚合脂质体是由具有特定结构的脂质和聚合物组成的纳米粒子。与传统脂质体相比，聚合脂质体具有更高的负载能力、更好的稳定性和较长的循环时间。将DNA与聚合脂质体包裹成复合体，该复合体可利用靶向和胞噬等机制，实现DNA的转染进入细胞。聚合脂质体在细胞转染过程中具有较高的转染效率和较低的细胞毒性。

这些聚合物类试剂在细胞转染中通常与DNA/RNA等外源质粒共同处理。使用时，通常需要将DNA/RNA与聚合物试剂按照特定比例混合，形成复合体后加入细胞培养基中，以实现转染目的。

在选择聚合物类试剂时，需要根据细胞类型、转染效率、细胞毒性、研究需求和试剂的成本等因素进行综合考虑。同时，还应根据试剂的使用说明进行操作，以获得最佳的转染效果。

蛋白质类转染试剂

蛋白质类细胞转染试剂包括聚赖氨酸（Poly-L-lysine, PLL）和聚精氨酸（Poly-L-arginine, PLA）。这些蛋白质类试剂通过与DNA/RNA形成复合体，促进复合体的转染进入细胞。

1. 聚赖氨酸（Poly-L-lysine, PLL）：PLL是一种多阳离子性的蛋白质聚合物，常用于细胞转染和细胞培养的表面涂层。在细胞转染中，PLL能够与DNA或RNA形成复合体，通过静电相互作用帮助复合体进入细胞。PLL与DNA相互作用的机制是电荷中和和阳离子的吸附。PLL在胞内释放阳离子，从而促使DNA与细胞内的负电荷区域结合，进而实现转染。
2. 聚精氨酸（Poly-L-arginine, PLA）：PLA是一种多阳离子性氨基酸聚合物，与PLL类似，也被用作细胞转染试剂。PLA与DNA/RNA相互作用形成复合体，然后与细胞膜上的负电荷区域相互作用，从而促进DNA/RNA的转染进入细胞。与PLL相比，PLA具有更高的阳离子性，因此在某些情况下，PLA可能具有更好的转染效率。

这些蛋白质类试剂通常与DNA/RNA等外源质粒共同处理。使用时，将DNA/RNA与聚赖氨酸或聚精氨酸按照特定比例混合，形成复合体后加入细胞培养基中，以实现转染目的。

脂质类转染试剂

脂质类细胞转染试剂是常用的转染试剂之一，主要有伯胺脂质和双链脂质。

1. 伯胺脂质（Cationic Lipids）: 伯胺脂质是一种阳离子性脂质，其分子结构通常包括一个亲水头部和一个疏水尾部。在转染过程中，伯胺脂质能够与DNA/RNA形成复合体，并与细胞膜中负电荷的磷脂结合。这种相互作用促使复合体进入细胞内。伯胺脂质转染的优点包括简单易用、成本较低，适用于多种细胞类型。然而，伯胺脂质转染也存在一些缺点，例如转染效率有限，有一定的细胞毒性。
2. 双链脂质（Bilayer Lipids）: 双链脂质是由两个脂质链构成的脂质分子。双链脂质通常作为基础材料与其他辅助成分（如胆固醇）组成复杂的转染试剂。这些复杂的脂质体结构对转染效果起到了重要的作用，可以增强DNA/RNA与细胞膜的相互作用，提高转染效率。相比于伯胺脂质，双链脂质转染试剂通常具有较高的转染效率和较低的细胞毒性。然而，其制备较为复杂，成本相对较高。

使用脂质类细胞转染试剂时，一般需要将DNA/RNA与试剂按照特定比例混合，形成脂质体和核酸复合体，然后将其加入到细胞培养基中。转染过程中，脂质体能够与细胞膜相互作用，从而使复合体进入细胞内。

选择合适的蛋白质类和脂质类试剂时，都需要综合考虑细胞类型、转染效率、细胞毒性、试剂成本等因素，并根据试剂的使用说明进行操作，以获得最佳的转染效果。

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